CN113352231A - 一种化学机械抛光保持环及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法包括以下步骤：(1)粘结待加工保持环与背板，得到待加工组合件；(2)固定步骤(1)所得待加工组合件并进行找正处理；(3)对步骤(2)所得找正处理后的待加工组合件进行铣削处理；其中，步骤(1)所述待加工保持环的材质为碳纤维增强聚醚醚酮。本发明提供的加工方法避免了保持环在加工过程中发生断裂现象，从而避免了产品的报废，提升了成品率和加工效率。

Description

一种化学机械抛光保持环及其加工方法
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种化学机械抛光保持环，尤其涉及一种化学机械抛光保持环及其加工方法。
背景技术
化学机械抛光是半导体制造领域中的主流表面平坦化方法，对于控制晶片表面厚度的均匀性至关重要，并且晶片表面厚度的均匀性直接影响电子器件的电性能参数，厚度不均匀会使同一晶片上制作出的器件性能产生较大差异，进而影响成品率。
在化学机械抛光过程中，表面具有研磨液的晶圆固定于转盘上的研磨垫作相对运动，通过研磨液的化学作用和晶圆表面与研磨垫表面的机械摩擦，达到去除表面材料、实现平坦化的目的。
目前，为了增大芯片产量，降低制造成本，晶圆直径不断增大；另外为了提高集成电路的集成度，晶圆的刻线宽度越来越细，晶圆表面精度也越来越高。对于150mm直径以上的晶圆，容易在晶圆边缘形成“过磨”现象，降低了抛光质量和晶圆利用率。在晶圆外添加一个保持环便可以解决该问题，它可以把边缘的抛光垫和晶圆以下的抛光垫压平到同一高度，但这也使得保持环的材料需要满足良好刚性和耐磨性、高强度的性能要求。
由于保持环材料的这种特殊性，在制备加工过程中极易发生断裂现象，从而造成产品的报废，成品率不高，加工效率低下。因此，如何提供一种化学机械抛光保持环的加工方法，尽可能避免发生断裂现象，提升成品率和加工效率，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法避免了保持环在加工过程中发生断裂现象，从而避免了产品的报废，提升了成品率和加工效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种化学机械抛光保持环的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)粘结待加工保持环与背板，得到待加工组合件；
(2)固定步骤(1)所得待加工组合件并进行找正处理；
(3)对步骤(2)所得找正处理后的待加工组合件进行铣削处理。
其中，步骤(1)所述待加工保持环的材质为碳纤维增强聚醚醚酮。
本发明中，所述碳纤维增强聚醚醚酮因其较低的摩擦系数和磨损量，良好的材料稳定性、耐热性以及与研磨液成分的兼容性和高强度等性能，特别适合于制备长寿命的化学机械抛光保持环，大大降低了由于更换保持环造成的停工时间，降低了晶圆的制造成本。此外，本发明提供的加工方法适用于碳纤维增强聚醚醚酮材质的保持环，避免了保持环在加工过程中发生断裂现象，从而避免了产品的报废，提升了成品率和加工效率。
优选地，步骤(1)所述待加工保持环中碳纤维的含量为25-35wt％，例如可以是25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％、30wt％、31wt％、32wt％、33wt％、34wt％或35wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，步骤(1)所述待加工保持环中碳纤维的含量需保持在合理范围内。当碳纤维的含量低于25wt％时，所得保持环的强度较低，导致晶圆制造过程中更换保持环的频率较高，降低了晶圆制造效率，且提升了制造成本；当碳纤维的含量高于35wt％时，待加工保持环的强度过高，导致保持环在铣削处理过程中极易发生断裂现象，且铣刀使用寿命大幅缩短，从而降低了成品率和加工效率。
优选地，步骤(1)所述背板的材质包括不锈钢。
优选地，所述不锈钢的牌号包括SUS304。
优选地，步骤(1)所述粘结所用的粘结剂包括环氧树脂。
本发明中，步骤(1)所述粘结所用的粘结剂可以选用Araldite公司生产的环氧树脂胶粘剂，以保证待加工保持环与背板之间的连接强度，防止保持环在后续加工过程中发生移动现象，从而提高了加工工艺的稳定性。
优选地，步骤(2)所述固定的具体方式为采用螺丝将待加工组合件固定于夹具上。
本发明中，将待加工组合件固定于夹具上，从而便于将其固定于铣削机床上，具体可采用4个6-32UNC螺丝实现待加工组合件与夹具之间的固定连接。
优选地，步骤(2)所述找正处理采用百分表进行。
优选地，步骤(2)所述找正处理后待加工组合件的平面度≤0.02mm，例如可以是0.01mm、0.012mm、0.014mm、0.016mm、0.018mm或0.02mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述找正处理后待加工组合件的同心度≤0.03mm，例如可以是0.01mm、0.012mm、0.014mm、0.016mm、0.018mm、0.02mm、0.022mm、0.024mm、0.026mm、0.028mm或0.03mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明在铣削处理之前进行找正处理，保证待加工组合件的平面度≤0.02mm且同心度≤0.03mm，避免了组合件在后续铣削过程中发生较大幅度的振动现象，延长了铣刀的使用寿命，且提升了铣削精度和成品率。
优选地，步骤(3)所述铣削处理包括依次进行的粗铣和精铣。
优选地，所述粗铣的切削速度为1200-1500r/min，例如可以是1200r/min、1250r/min、1300r/min、1350r/min、1400r/min、1450r/min或1500r/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述粗铣的进给量为20-30mm/min，例如可以是20mm/min、21mm/min、22mm/min、23mm/min、24mm/min、25mm/min、26mm/min、27mm/min、28mm/min、29mm/min或30mm/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述粗铣的吃刀量为0.05-0.15mm，例如可以是0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm或0.15mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述精铣的切削速度为1200-1500r/min，例如可以是1200r/min、1250r/min、1300r/min、1350r/min、1400r/min、1450r/min或1500r/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述精铣的进给量为10-20mm/min，例如可以是10mm/min、11mm/min、12mm/min、13mm/min、14mm/min、15mm/min、16mm/min、17mm/min、18mm/min、19mm/min或20mm/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述精铣的吃刀量为0.02-0.08mm，例如可以是0.02mm、0.025mm、0.03mm、0.035mm、0.04mm、0.045mm、0.05mm、0.055mm、0.06mm、0.065mm、0.07mm、0.075mm或0.08mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述铣削处理采用的铣刀材质包括钨钢合金。
本发明中，选用与聚醚醚酮摩擦系数较小的钨钢合金作为铣刀的材质，降低了铣削处理过程中铣刀与保持环之间的切削力，从而避免了保持环在加工过程中出现崩角现象。同时由于钨钢合金的高强度和良好的耐磨性能以及耐热性与耐腐蚀性，减少了保持环表面的毛刺和由于更换铣刀造成的停工时间，从而提升了成品的加工质量和加工效率。
作为本发明第一方面优选的技术方案，所述加工方法包括以下步骤：
(1)采用环氧树脂粘结剂粘结待加工保持环与SUS304不锈钢背板，得到待加工组合件；
(2)采用螺丝将步骤(1)所得待加工组合件固定于夹具上并采用百分表进行找正处理；所述找正处理后待加工组合件的平面度≤0.02mm，同心度≤0.03mm；
(3)采用钨钢合金材质的铣刀对步骤(2)所得找正处理后的待加工组合件依次进行粗铣和精铣；所述粗铣的切削速度为1200-1500r/min，进给量为20-30mm/min，吃刀量为0.05-0.15mm；所述精铣的切削速度为1200-1500r/min，进给量为10-20mm/min，吃刀量为0.02-0.08mm。
其中，步骤(1)所述待加工保持环的材质为25-35wt％碳纤维增强聚醚醚酮。
第二方面，本发明提供一种采用如第一方面所述加工方法加工所得的化学机械抛光保持环。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明选用碳纤维增强聚醚醚酮作为保持环的材质，因其较低的摩擦系数和磨损量，良好的材料稳定性、耐热性以及与研磨液成分的兼容性和高强度等性能，特别适合于制备长寿命的化学机械抛光保持环，大大降低了由于更换保持环造成的停工时间，降低了晶圆的制造成本；
(2)本发明提供的加工方法适用于碳纤维增强聚醚醚酮材质的保持环，避免了保持环在加工过程中发生断裂现象，从而避免了产品的报废，提升了成品率和加工效率。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)采用Araldite公司生产的环氧树脂胶粘剂粘结待加工保持环与SUS304不锈钢背板，得到待加工组合件；
(2)采用4个6-32UNC螺丝将步骤(1)所得待加工组合件固定于夹具上并采用百分表进行找正处理；所述找正处理后待加工组合件的平面度为0.01mm，同心度为0.02mm；
(3)采用钨钢合金材质的铣刀对步骤(2)所得找正处理后的待加工组合件依次进行粗铣和精铣；所述粗铣的切削速度为1350r/min，进给量为25mm/min，吃刀量为0.1mm；所述精铣的切削速度为1350r/min，进给量为15mm/min，吃刀量为0.05mm。
其中，步骤(1)所述待加工保持环的材质为30wt％碳纤维增强聚醚醚酮。
本实施例在加工过程中无需停工更换铣刀，保持环加工状态平稳，连续加工50个保持环均未出现断裂现象，从而避免了产品的报废，提升了成品率和加工效率。
此外，本实施例所得保持环相较于常规保持环的寿命更长，在用于制造晶圆的过程中无需停工更换保持环，提升了晶圆的制造效率，降低了制造成本。
实施例2
本实施例提供一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)采用Araldite公司生产的环氧树脂胶粘剂粘结待加工保持环与SUS304不锈钢背板，得到待加工组合件；
(2)采用4个6-32UNC螺丝将步骤(1)所得待加工组合件固定于夹具上并采用百分表进行找正处理；所述找正处理后待加工组合件的平面度为0.02mm，同心度为0.01mm；
(3)采用钨钢合金材质的铣刀对步骤(2)所得找正处理后的待加工组合件依次进行粗铣和精铣；所述粗铣的切削速度为1200r/min，进给量为30mm/min，吃刀量为0.15mm；所述精铣的切削速度为1200r/min，进给量为20mm/min，吃刀量为0.08mm。
其中，步骤(1)所述待加工保持环的材质为25wt％碳纤维增强聚醚醚酮。
本实施例在加工过程中仅需停工1次更换铣刀，保持环加工状态平稳，连续加工48个保持环均未出现断裂现象，从而避免了产品的报废，提升了成品率和加工效率。
此外，本实施例所得保持环相较于常规保持环的寿命更长，在用于制造晶圆的过程中无需停工更换保持环，提升了晶圆的制造效率，降低了制造成本。
实施例3
本实施例提供一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)采用Araldite公司生产的环氧树脂胶粘剂粘结待加工保持环与SUS304不锈钢背板，得到待加工组合件；
(2)采用4个6-32UNC螺丝将步骤(1)所得待加工组合件固定于夹具上并采用百分表进行找正处理；所述找正处理后待加工组合件的平面度为0.01mm，同心度为0.03mm；
(3)采用钨钢合金材质的铣刀对步骤(2)所得找正处理后的待加工组合件依次进行粗铣和精铣；所述粗铣的切削速度为1500r/min，进给量为20mm/min，吃刀量为0.05mm；所述精铣的切削速度为1500r/min，进给量为10mm/min，吃刀量为0.02mm。
其中，步骤(1)所述待加工保持环的材质为35wt％碳纤维增强聚醚醚酮。
本实施例在加工过程中仅需停工1次更换铣刀，保持环加工状态平稳，连续加工45个保持环均未出现断裂现象，从而避免了产品的报废，提升了成品率和加工效率。
此外，本实施例所得保持环相较于常规保持环的寿命更长，在用于制造晶圆的过程中仅需停工1次更换保持环，提升了晶圆的制造效率，降低了制造成本。
实施例4
本实施例提供一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法中除了将步骤(1)所述待加工保持环的材质改为20wt％碳纤维增强聚醚醚酮，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本实施例在加工过程中无需停工更换铣刀，保持环加工状态平稳，连续加工52个保持环均未出现断裂现象，从而避免了产品的报废，提升了成品率和加工效率。
然而，相较于实施例1，本实施例所得保持环因其强度较低，导致晶圆制造过程中需停工2次更换保持环，降低了晶圆制造效率，且提升了制造成本。
实施例5
本实施例提供一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法中除了将步骤(1)所述待加工保持环的材质改为40wt％碳纤维增强聚醚醚酮，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，本实施例由于保持环硬度过高，在加工过程中需停工2次更换铣刀，且保持环在铣削处理过程中极易发生断裂现象，从而降低了成品率和加工效率。
实施例6
本实施例提供一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法中除了将步骤(2)所述找正处理后待加工组合件的平面度改为0.03mm，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，本实施例在铣削过程中组合件极易发生较大幅度的振动现象，需停工2次更换铣刀，降低了成品率和加工效率。
实施例7
本实施例提供一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法中除了将步骤(2)所述找正处理后待加工组合件的同心度改为0.04mm，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，本实施例在铣削过程中组合件极易发生较大幅度的振动现象，需停工3次更换铣刀，降低了成品率和加工效率。
实施例8
本实施例提供一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法中除了将步骤(3)所述铣削处理采用的铣刀材质改为锰钢合金，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，由于锰钢合金的硬度低于钨钢合金，本实施例在铣削过程中需停工3次更换铣刀，且保持环容易出现崩角现象，成品的毛刺较为明显，降低了成品的加工质量和加工效率。
对比例1
本对比例提供一种化学机械抛光保持环及其加工方法，所述加工方法中除了将步骤(1)所述待加工保持环的材质改为无碳纤维的聚醚醚酮，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
本对比例在加工过程中无需停工更换铣刀，保持环加工状态平稳，连续加工54个保持环均未出现断裂现象，从而避免了产品的报废，提升了成品率和加工效率。
然而，相较于实施例1，本对比例所得保持环因其强度过低，导致晶圆制造过程中需停工3次更换保持环，降低了晶圆制造效率，且提升了制造成本。
由此可见，本发明选用碳纤维增强聚醚醚酮作为保持环的材质，因其较低的摩擦系数和磨损量，良好的材料稳定性、耐热性以及与研磨液成分的兼容性和高强度等性能，特别适合于制备长寿命的化学机械抛光保持环，大大降低了由于更换保持环造成的停工时间，降低了晶圆的制造成本；此外，本发明提供的加工方法适用于碳纤维增强聚醚醚酮材质的保持环，避免了保持环在加工过程中发生断裂现象，从而避免了产品的报废，提升了成品率和加工效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种化学机械抛光保持环的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
(1)粘结待加工保持环与背板，得到待加工组合件；
(2)固定步骤(1)所得待加工组合件并进行找正处理；
(3)对步骤(2)所得找正处理后的待加工组合件进行铣削处理；
其中，步骤(1)所述待加工保持环的材质为碳纤维增强聚醚醚酮。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(1)所述待加工保持环中碳纤维的含量为25-35wt％。
3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，步骤(1)所述背板的材质包括不锈钢；
优选地，所述不锈钢的牌号包括SUS304。
4.根据权利要求1-3任一项所述的加工方法，其特征在于，步骤(1)所述粘结所用的粘结剂包括环氧树脂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的加工方法，其特征在于，步骤(2)所述固定的具体方式为采用螺丝将待加工组合件固定于夹具上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的加工方法，其特征在于，步骤(2)所述找正处理采用百分表进行；
优选地，步骤(2)所述找正处理后待加工组合件的平面度≤0.02mm；
优选地，步骤(2)所述找正处理后待加工组合件的同心度≤0.03mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的加工方法，其特征在于，步骤(3)所述铣削处理包括依次进行的粗铣和精铣；
优选地，所述粗铣的切削速度为1200-1500r/min；
优选地，所述粗铣的进给量为20-30mm/min；
优选地，所述粗铣的吃刀量为0.05-0.15mm；
优选地，所述精铣的切削速度为1200-1500r/min；
优选地，所述精铣的进给量为10-20mm/min；
优选地，所述精铣的吃刀量为0.02-0.08mm。
8.据权利要求1-7任一项所述的加工方法，其特征在于，步骤(3)所述铣削处理采用的铣刀材质包括钨钢合金。
9.据权利要求1-8任一项所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
(1)采用环氧树脂粘结剂粘结待加工保持环与SUS304不锈钢背板，得到待加工组合件；
(2)采用螺丝将步骤(1)所得待加工组合件固定于夹具上并采用百分表进行找正处理；所述找正处理后待加工组合件的平面度≤0.02mm，同心度≤0.03mm；
(3)采用钨钢合金材质的铣刀对步骤(2)所得找正处理后的待加工组合件依次进行粗铣和精铣；所述粗铣的切削速度为1200-1500r/min，进给量为20-30mm/min，吃刀量为0.05-0.15mm；所述精铣的切削速度为1200-1500r/min，进给量为10-20mm/min，吃刀量为0.02-0.08mm；
其中，步骤(1)所述待加工保持环的材质为25-35wt％碳纤维增强聚醚醚酮。
10.一种采用如权利要求1-9任一项所述加工方法加工所得的化学机械抛光保持环。
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